子，这就好比每个原子与周围原子握手一样，只是在这种情况下，每个原子有
四只手与四个邻居相握。这就形成了晶体结构，该结构对于这种类型的光伏电池
具有重要的意义。
现在，我们已经了解了纯晶体硅。纯硅是一种性能很差的导体，因为它的电子不
能像铜这样的导体中的电子那样自由移动。硅中的电子被全部锁在晶体结构中。
太阳能电池中的硅结构已经过稍稍调整，以便它能作为太阳能电池来工作。
——
太阳能电池使用的硅混有杂质
其他原子与硅原子混在一起，这样会稍稍改
变硅的工作方式。我们通常认为杂质是某种不好的东西，但在这个例子中，如果
没有这些杂质，电池就无法工作。实际上，这些杂质是有意添加到硅中的。考虑
硅与一个位置不定的磷原子在一起的情况，也许每一百万个硅原子配上一个磷
原子。磷原子的外电子层有五个电子，而不是四个。它仍然要与硅周围的原子结
合，但从某种意义上讲，磷原子有一个电子是不与任何原子握手的。它没有成为
键的一部分，但是磷原子核中的正质子会使其保持在原位上。
当把能量加到纯硅中时（比如以热的形式），它会导致几个电子脱离其共价键
并离开原子。每有一个电子离开，就会留下一个空穴。然后，这些电子会在晶格
周围四处游荡，寻找另一个空穴来安身。这些电子被称为自由载流子，它们可以
运载电流。不过，留在纯硅中的电子数量极少，因此没有太大的用处。而将纯硅
与磷原子混合起来，情况就完全不同了。此时，只需很少的能量即可使磷原子的
“
”
——
某个 多余 的电子逸出，因为这些电子没有结合到共价键中
它们的邻居不
会将它们拉回。因此，大多数这类电子会成为自由电子，这样，我们就得到了比
纯硅中多得多的自由载流子。有意添加杂质的过程被称为掺杂，当利用磷原子掺
杂时，得到的硅被成为
N
“
型（
n”表示负电），因为硅里面有很多自由电子。与
纯硅相比，
N
型掺杂硅是一种性能好得多的导体。
实际上，太阳能电池只有一部分是
N 型。另一部分硅掺杂的是硼，硼的最外电
子层只有三个而不是四个电子，这样可得到
P 型硅。P 型硅中没有自由电子
“
（
p”表示正电），但是有自由空穴。空穴实际是电子离开造成的，因此它们带
有相反（正）的电荷。它们像电子一样四处移动。
在将
N 型硅与 P 型硅放到一起时，有趣的情形发生了。切记，每块光伏电池至少
有一个电场。没有电场，电池就无法工作，而此电场是在
N 型硅和 P 型硅接触的
时候形成的。突然，
N 侧的自由电子（它们一直在寻找空穴来安身）看到了 P 侧
的所有空穴，然后便疯狂地奔向空穴，将空穴填满。以前，从电的角度来看，我
们所用的硅都是中性的。多余的电子被磷中多余的质子所中和。缺失电子（空
穴）由硼中缺失质子所中和。当空穴和电子在
N 型硅和 P 型硅的交界处混合时，
中性就被破坏了。所有自由电子会填充所有空穴吗？不会。如果是这样，那么整
个准备工作就没有什么意义了。不过，在交界处，它们确实会混合形成一道屏障
使得
N 侧的电子越来越难以抵达 P 侧。最终会达到平衡状态，这样我们就有了
一个将两侧分开的电场。这个电场相当于一个
，允许（甚至推动）电子从
P 侧流向 N
——
侧，而不是相反。它就像一座山
电子可以轻松地滑下山头（到达
N 侧），却不能向上攀升（到达 P
侧）。